Здравствуйте! Газотурбинная установка состоит из газовой турбины, компрессора для сжатия воздуха, камеры сгорания и регенераторов для подогрева воздуха.
По принципу работы газовые турбины практически не отличаются от паровых. Они работают при высоких начальных температурах рабочего тела и относительно небольших давлениях, поэтому рабочие лопатки, сопла и другие детали газовой турбины (диски, цилиндры), находящиеся в области повышенных температур, изготавливают из высококачественных сталей.
Иногда для надежности работы приходится предусматривать воздушное или даже водяное охлаждение лопаток, что вызывает дополнительные потери теплоты. При этом лопатки выполняются пустотелыми и внутрь их подается охлаждающий воздух. Для снижения температуры рабочего тела образующиеся в камере сгорания дымовые газы смешиваются с воздухом. Температура рабочего тела при этом понижается до 650—750° С.
Газотурбинные установки работают обычно на жидком или газообразном топливе. Твердое топливо используется при работе установки по замкнутой схеме, которая перспективна для стационарных установок. В этом случае рабочим телом является воздух или другой газ, постоянно циркулирующий в системе и нагреваемый продуктами сгорания топлива в специальном теплообменнике (регенераторе).
Нагретый воздух подается в турбину, далее поступает в воздухоохладитель и затем после сжатия в компрессоре снова направляется в регенератор. При сжигании твердого топлива в разомкнутом цикле требуется очистка газа от частичек золы. Недостатком замкнутого цикла является наличие громоздкого и дорогостоящего регенератора, который работает при высокой температуре и изготавливается из жаростойких сталей.
На рис. 1. приведен продольный разрез газовой турбины мощностью 12 тыс. кВт. Давление газов перед турбиной 1,2 МПа, а после турбины 0,4 МПа. Температура газа перед турбиной составляет 650° С, расчетный к.п.д. установки 24,5%.
Основные детали турбины выполнены из жаропрочной аустенитной стали. Ротор сварен из отдельных дисков. Для охлаждения ротора внутрь его подается воздух. Турбина развивает мощность 22 тыс. кВт, причем около 10 тыс. кВт затрачивается на вращение осевого компрессора высокого давления. После этого газ направляется в турбину низкого давления, которая имеет аналогичную конструкцию и предназначена для привода осевых компрессоров низкого и среднего давления общей мощностью 19 тыс. кВт. Таким образом, примерно 70% мощности, развиваемой газотурбинной установкой, идет на привод трех ступеней компрессорной установки.
Для повышения экономичности газотурбинных установок поступающий в камеру сгорания сжатый воздух подогревают отработанными дымовыми газами (регенерация теплоты). Температура этих газов значительно превышает температуру воздуха после сжатия в компрессоре. При регенерации снижается потеря теплоты с уходящими газами. Повышение экономичности достигается также при работе газотурбинной установки совместно с другими двигателями, например с паротурбинной установкой (парогазовый цикл).
В этом случае топливо сжигается при повышенном давлении в специальном парогенераторе, в котором образуется водяной пар для паровой турбины. Продукты сгорания охлаждаются в парогенераторе до 650—700° С и затем направляются в газовую турбину. Отработанные газы после турбины используются для подогрева питательной воды, которая подается в парогенератор. Применение этого цикла позволяет повысить к. п. д. установки на 3—7%.
Эффективность газотурбинных установок зависит от экономичности компрессора, который потребляет значительную часть мощности турбины. Для уменьшения мощности, потребляемой компрессором, применяется многоступенчатое сжатие воздуха с промежуточным охлаждением. Как известно из анализа цикла компрессора, это приближает процесс сжатия к изотермическому и снижает работу, затрачиваемую на сжатие воздуха. Исп. литература: 1) Теплотехника, под редакцией А.П.Баскакова, Москва, Энергоиздат, 1982. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.
Интересная и познавательная статья.